镁渣的利用

镁渣的综合利用

1.我国镁渣现状

我国镁产业普遍存在生产规模小、高污染、高能耗、技术装备水平低及技术创新能力低等特点，如何充分利用镁渣成为制约我国镁产业发展的的一大主题。由于能源、资源、环境保护三方面的迫切需要，工业废渣再利用的研究成为可持续发展的战略目标之一，也是业内专家学者的研究热点之一。

2.镁渣的生成

镁渣是金属镁厂在炼镁过程中排放的固体废弃物。生产金属镁的工艺大致如下：将白云石（MgCO3·CaCO3）在回转窑中锻烧（煅烧温度为1 150~1 250 ℃），然后经研磨成粉后与硅铁粉（含硅75%）和萤石粉（含氟化钙95%）混合、制球（制球压力9.8~29.4 MPa，送入耐热钢还原罐内，在还原炉中以1 190~ 1 210℃的温度及1.33~10 Pa 真空条件下还原制取粗镁，再经过熔剂精炼、铸锭、表面处理，即得到金属镁锭，剩余的残渣即为镁渣。主要反应方程式为：

MgCO3·CaCO3→MgO+CaO+CO2↑MgO+CaO+Si（Fe）→CaO·SiO2+Mg

从上面反应方程式可以看出，镁渣的主要成分是CaO，SiO2，此外还有未还原的MgO 等。由于各镁厂生产条件及工艺差别，镁渣的成分并不是固定的，而是有一个波动范围。镁渣成分波动的范围：CaO 为40%~50%；SiO2为20%~30%；A12O3为2%~5%：MgO 为6%~10%；Fe2O3 约9%[2]。而硅酸盐水泥熟料组成的范围：CaO 为62%~68%；SiO2为20%~24%；A12O3为4%~7%；MgO<5%；Fe2O3为2.5%~6.5%。

3 镁渣再利用的研究应用现状及存在问题

3.1 利用镁渣制作新型墙体材料

在国内，已有研究报道将镁渣直接与磨细的矿渣，按照一定比例混合，添加复合激发剂，配制胶结料。研究表明，这种利用镁渣生产墙体材料的工艺简单，成本低廉，节省能源，并且这种金属镁渣生产出的胶结材具有良好的胶凝性能，制成的墙体材料密度小、强度高、耐久性好，产品质量符合相关标准。大部分企业只是单一地应用镁渣材料制砖，其实还可以在镁渣中掺入一定量的轻骨料，制作轻质保温、隔热墙体材料或制成屋面材料。

山西省也进行了新型材料产业调整和振兴规划，引导企业发展符合国家产业政策的新型墙体材料，充分结合地区自然资源和固体废弃物特点。到2011 年，山西省新型墙体材料比例达到50％以上。

3.2 利用金属镁渣制作矿化剂

矿化剂是能促进或控制结晶化合物的形成或反应而加入配料中的物质。在水泥行业中，能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加剂。加入的矿化剂可以通过与反应物作用而使晶格活化，从而增强反应能力，加速固相反应。

镁渣是近年来开发的新型矿化剂，经过1200℃左右的高温煅烧后的镁渣，具有一定的化学活性，能够降低晶体的成核势能，诱导晶体，加速矿物的转化及形成，减少了从生料到熟料的热耗。因此，可以试烧不同镁渣配比下的生料，研究熟料抗拉、抗压强度较高的配方。有研究表明：生料中加入10％左右的镁渣，煅烧时可以起到良好的矿化效果。镁渣与萤石价格悬殊，利用镁渣代替部分萤石作矿化剂对降低生产成本，提高经济效益是十分显著的。3.3 利用镁渣生产建筑水泥

镁渣可以替代部分矿渣生产混合水泥混合材，生产出的水泥质量较稳定，但是随着镁渣掺入量的增加，水泥早期强度有降低的趋势，凝结时间延长。因此当镁渣用作水泥生产的混合材时，应该满足国家标准的相关技术要求。

3.3.1 生产砌筑水泥

砌筑水泥是由一种或一种以上的活性混合材料或具有水硬性的工业废料为主要原料，加入适量的硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。这种水泥强度较低，不能用于钢筋混凝土或结构混凝土，主要用于工业与民用建筑的砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土等。研究表明：镁渣的活性高于矿渣，易磨性比矿渣和熟料要好，利用炼镁废渣生产砌筑水泥，可以明显地提高水泥的活性，增加产量，降低水泥的生产能耗。

3.3.2 生产复合硅酸盐水泥

复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20％，不超过50％。利用镁渣生产复合硅酸盐水泥的原理是在水泥生料中加入炼镁废渣，煅烧成硅酸盐水泥熟料后，再加入适量镁渣等掺料，磨细制得复合水泥（MgO 质量分数约为4.0％）。需要注意的是利用镁渣生产复合

硅酸盐水泥，掺量范围应满足水泥中方镁石含量的限制要求。

3.4 利用镁渣做脱硫剂

由于循环流化床锅炉脱硫技术主要是利用氧化钙进行脱硫，而镁渣中氧化钙的质量分数在50％左右，所以对镁渣进行脱硫性能的研究是有意义的。有研究表明：脱硫剂按25.5％计，Ca/S摩尔比为3，则在相当条件下（粒径小于0.105 mm，900℃，φ（O2）为5％，φ（SO2）为0.2％，N2 作为平衡气），预计脱硫效率可达76.5％。分析结果得出脱硫效果主要与镁渣的粒径、孔隙率、脱硫温度等因素有关。粒径越小，孔隙率越高的镁渣，在适当的空气过量系数和温度下，可提高镁渣的脱硫效率。

3.5镁渣作为路用材料

对镁渣作为路用材料进行了室内试验，得出镁矿渣掺加5%石灰或2%水泥稳定土，完全可以用做高级或者次高级路面的基层，镁矿渣经过球磨机或其他工艺磨碎后，其路用效果会更好，细度应小于0.9 mm 为宜，在随后进一步铺筑试验路的检验中，证明镁矿渣稳定土有很好的路用技术性能。镁渣可作为良好的路用材料在于镁矿渣中钙镁的含量很高，且具有比较高的活性，在基层中与土反应，生成不溶性含水硅酸钙与含水铝酸钙，呈凝胶状态或纤维状结晶体，使混合料颗粒之间的联结和粘结力加强，随着龄期的增长，这些水化物日益增多，使镁矿渣混合料基层获得越来越大的抵抗荷载作用的能力。